Préparation des matières plastiques pour la caractérisation et le contrôle

La valeur et l'intérêt de la caractérisation reposent en premier lieu sur la représentativité, la qualité et la validité des éprouvettes utilisées pour réaliser les mesures mécaniques, physiques et chimiques.

Il arrive que les intervenants de la chaîne aboutissant aux mesures oublient que les polymères sont sensibles aux paramètres environnementaux comme la température ou la lumière. Le manque de précautions pendant le délai entre prélèvement et caractérisation peut donc être dommageable.

Les nombreux paramètres intervenant au cours de l'élaboration des polymères, de la transformation, de l'utilisation des pièces entraînent une distribution statistique des propriétés. Il est impératif de préparer aussi soigneusement que possible les éprouvettes pour ne pas élargir encore plus cette distribution.

Mise à part la caractérisation directement sur pièce, l'obtention des éprouvettes peut résulter d'une préparation assez simple mais il faut être conscient qu'elle peut changer l'état physique et chimique des polymères. La pulvérisation d'un échantillon de matière renforcée de fibres de verre provoque la rupture des fibres. L'échauffement, par usinage ou autre, fait évoluer la cristallinité, provoque le détensionnement des contraintes, éventuellement dégrade les polymères et modifie l'état de réticulation pour les thermodurcissables. L'attaque chimique dégrade et altère les polymères, les fibres et les additifs.

Cet article développe les spécificités des matières plastiques que les responsables et opérateurs de la caractérisation doivent toujours garder à l'esprit pour éviter les multiples pièges :

• sensibilité à des températures inférieures à celles supportées par les métaux ;

• structure organique macromoléculaire conduisant à un comportement viscoélastique ;

• dégradations thermiques possibles à partir de températures de quelques dizaines de degrés pour certains polymères ;

• sensibilité à l'humidité, à la lumière et aux UV ;

• sensibilité à l'action des fluides ;

• fluage et déformation sous contrainte ;

• rôle initiateur des imperfections chimiques et physiques dans les dégradations ;

• risques d'induction de tensions internes résiduelles, lignes de soudure pendant l'injection.

Le stockage avant caractérisation, la préparation des éprouvettes et plus généralement toutes les opérations entre prélèvement des échantillons et caractérisation devront tenir compte des observations précédentes.

Lorsque la préparation des éprouvettes nécessite une transformation des matières plastiques, il faut confier ce travail à des spécialistes ayant les connaissances, l'expérience et le matériel nécessaire.

Les constructeurs de matériel développent des presses pour le moulage d'éprouvettes et de petites pièces depuis des presses à compression, manuelles et très simples, jusqu'à des mini-presses à injection très perfectionnées.

Divers combinés de laboratoire assurant les fonctions de mélangeage, de moulage, et d'extrusion permettent de travailler avec des quantités de matière minimales.

Nombre de normes ou des spécifications particulières prévoient les conditions de moulage d'éprouvettes ou le moulage d'objets-types.

Le découpage et usinage d'éprouvettes à partir de plaques ou de pièces peuvent faire appel à la plupart des méthodes d'usinage des métaux ou du bois, après une plus ou moins grande adaptation des outils et des procédés.

La faible conductivité thermique des matières plastiques, l'affaiblissement des caractéristiques mécaniques à chaud et les risques de dégradation thermique font qu'il ne faudra pas dépasser une température limite propre à chaque matériau.

L'outillage et le mode opératoire doivent être parfaitement appropriés de façon à ne pas provoquer de défauts physiques tels que des amorces de rupture pour les plus courants ou une dégradation thermique même localisée.

Les fabricants de matériel de laboratoire proposent une gamme complète de presses à découper, de fraiseuses et d'entailleuses. L'automatisation améliore la productivité et réduit les coûts de préparation.

Les étapes précédentes étant définies, il reste à choisir les sites de prélèvement, ce qui nécessite la connaissance et le respect de certaines règles générales concernant par exemple :

• les écoulements ;

• l'anisotropie ;

• les propriétés particulières des interfaces soudées ou collées ;

• les gradients de pollution et de dégradations.

Les conditionnements avant essai prévoient souvent la mise en équilibre avec une atmosphère à température et hygrométrie déterminées. Cependant d'autres conditions peuvent être choisies.

Dans des cas particuliers, le conditionnement peut prévoir également un traitement thermique pour libérer les contraintes résiduelles du matériau ou pour modifier sa cristallinité.

L'objectif de l'article est de sensibiliser les non plasticiens aux particularités des matières plastiques en leur fournissant des éléments de base pour une caractérisation bien comprise aboutissant à un équilibre judicieux entre impératifs techniques et économiques.

Un glossaire est présenté en fin d'article.